JPH067929A - アルミニウムろう付品およびろう付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ％以下であるアルミ
ニウム材のフラックスろう付品およびろう付方法におい
て、ろう付性、外観品質および表面処理性の向上を目的
とする。 【構成】 ろう付品表面のフラックス残渣を０．００５
ｇ／ｍ² 以下とする。このようなろう付品は、ろう付炉
内においてアルミニウム接合部材およびろう材を所定温
度に加熱するとともに、ろう付炉内の雰囲気中の水分濃
度を１２０ｐｐｍ以下に、酸素濃度を１２０ｐｐｍ以下
に、フラックスガス濃度を１〜２００ｐｐｍ以下にそれ
ぞれ規制することにより製造される。また、フラックス
としてフッ化物系フラックスガスを使用する場合は、前
記雰囲気中のＨＦ濃度を６０ｐｐｍ以下に規制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フラックスろう付によ
って製造されたアルミニウム製熱交換器等のアルミニウ
ムろう付品、および該ろう付品を製造するためのろう付
方法に関する。

【０００２】なお、この明細書においてアルミニウムの
語はその合金をも含む意味で用いる。

【０００３】

【従来の技術】従来一般に、アルミニウム部材のろう付
方法では、接合部位表面に生じる酸化物を除去してろう
の濡れ性を促進させ良好なフィレットを形成させるため
にフラックスが用いられ、上記のようなフラックスろう
付によるアルミニウムろう付品の製造は、フラックスを
水等に懸濁させたフラックス懸濁液を接合すべきアルミ
ニウム材に塗布し、乾燥したのち、所定温度に加熱する
ことにより行われていた。しかしながら、このようなろ
う付方法においては、フラックスを多量に使用するため
にろう付後にもろう付品表面に残留付着するフラックス
が白色または灰色のシミを呈して外観品質および表面処
理性の低下を招くという問題があった。特に、強度向上
を目的としてＭｇが添加されるアルミニウム材を非腐食
性のフッ化物系フラックスを用いてろう付けする場合に
は、前記残留フラックスに加えてフラックスとアルミニ
ウム材中のＭｇとが反応してＭｇＦ₂ またはＫＭｇＦ₃
等の綿状の反応生成物が形成されてろう付品表面に付着
する。そして、この反応生成物は前記残留フラックスと
同様に外観品質および表面処理性の低下を招くのみなら
ず、フラックス効果を低下させてろう付そのものを阻害
するという問題があった。

【０００４】そこで近年、前述されたような残留フラッ
クスや反応生成物のフラックス残渣量を減らすために、
塩化物系または弗化物系フラックスをガス化させた雰囲
気中でＭｇ含有アルミニウム材をろう付する種々の方法
が提案されている。それらの例として、フラックスガス
が存在する酸素分圧が０．０４ｍｍＨｇ以上１ｍｍＨｇ
未満で、水蒸気分圧が０．１ｍｍＨｇ以上３ｍｍＨｇ未
満である非酸化雰囲気中でろう付する方法（特開平３−
９０２７６号）および、フラックスガスを０．０５ｍｍ
Ｈｇ以上かつ３．５ｍｍＨｇ未満存在させた非酸化雰囲
気中でろう付する方法（特開平３−１１４６６７号）が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述さ
れたようなフラックスガス含有雰囲気下でアルミニウム
材のろう付を行った場合でさえフラックス濃度が高いた
めに、やはりろう付品表面に残留フラックスが見られ、
またＭｇ含有アルミニウムウ材においてはＭｇ量が多い
場合は勿論、少ない場合にもフラックスに含有される例
えばＦとが反応してＭｇＦ₂ またはＫＭｇＦ₃ なる綿状
の反応生成物を形成する。このため、外観品質および表
面処理性の低下やフラックス効果の低下によるろう付不
良という問題点は依然として解決されていない。

【０００６】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、アルミニウム材におけるＭｇ含有の有無にか
かわらず製品表面のフラックス残渣の少なくして充分に
ろう付されているとともに、外観品質および表面処理性
に優れるアルミニウムろう付品および、そのようなろう
付品を製造可能なろう付方法の提供を目的とするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、発明者らは種々実験と研究を重ねた結果、前述のフ
ラックスガス含有雰囲気下において生じるろう付品表面
のフラックス残留およびＭｇとフラックスとの反応生成
物の付着が、ろう付雰囲気中の水分および酸素濃度の高
いことに起因して生じていることを知見した。すなわ
ち、雰囲気中の水分および酸素濃度が高いと、良好なろ
う付性を得るためにフラックスガスの濃度を高くせざる
を得ず、その結果としてろう付品表面の付着フラックス
量が増加して余剰フラックスがろう付品表面に残留する
とともに、アルミニウム材に含有されるＭｇとフラック
スに含有される元素（例えばＦ）との反応が促進される
ことがわかった。

【０００８】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
のであって、第１の発明であるアルミニウムろう品は、
Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ％以下であるアルミニウム接合
部材がフラックスを用いてろう付されたアルミニウムろ
う付品であって、表面のフラックス残渣が０．００５ｇ
／ｍ² 以下であることを特徴とするものである。

【０００９】また、第２の発明であり、前述されたよう
なろう付品を製造するアルミニウムろう付方法は、雰囲
気中の水分濃度および酸素濃度を低く抑制することによ
り、フラックスガス濃度を低くし、アルミニウム材の良
好なろう付を可能とするものである。より具体的には、
ろう付炉内をフラックスガスを含む雰囲気に調整し、該
雰囲気中でＭｇ含有量が０．５ｗｔ％以下であるアルミ
ニウム接合部材を所定温度に加熱し、接合用ろう材を溶
融してろう付を行うアルミニウムろう付方法において、
前記雰囲気中の水分濃度が１２０ｐｐｍ以下に、酸素濃
度が１２０ｐｐｍ以下に、フラックスガス濃度が２００
ｐｐｍ以下にそれぞれ規制されていることを特徴とする
ものである。また、このようなアルミニウムろう付方法
において、前記フラックスガスがフッ化物系フラックス
ガスであるときには、前記雰囲気中のＨＦ濃度が６０ｐ
ｐｍ以下に規制されていることが好ましい。

【００１０】本発明によるろう付品およびろう付方法の
対象となるアルミニウム材は、Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ
％以下のものであり、Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ％を超え
るＡｌ合金についてはＭｇとフラックスとの反応が促進
されるために本発明によっても良好なろう付は困難であ
る。なお、この明細書において、Ｍｇ含有量が０．５ｗ
ｔ％とはＭｇを全く含まない場合をも包含するものであ
る。

【００１１】ろう付品表面のフラックス残渣が０．００
５ｇ／ｍ² 以下であれば、目視によってもほとんど認め
られず優れた外観品質を保つとともに、表面処理性も良
好である。さらに、アルミニウム接合部材が０．５ｗｔ
％以下のＭｇを含有するものであっても、フラックス残
渣が０．００５ｇ／ｍ² 以下であれば、Ｍｇとフラック
スとの反応生成物は殆ど生じておらずフラックス効果が
充分に発揮されて良好なろう付がなされたろう付品であ
ると言える。

【００１２】一般に、ろう付雰囲気はＮ₂ ガス等の不活
性ガス雰囲気とするが、この雰囲気において水分濃度が
１２０ｐｐｍを超え、あるいは酸素濃度が１２０ｐｐｍ
を超えるとアルミニウム材表面の酸化皮膜の成長が促進
され、フラックスガスの酸化皮膜除去作用にもかかわら
ず酸化皮膜が再生成される。このため、酸化皮膜を十分
に除去するにはいきおいフラックスガス濃度を高くせざ
るを得ず、そうするとろう付後におけるアルミニウムろ
う付品の表面に白色のフラックスが付着残留することに
より、外観品質の低下ならびに後工程での表面処理性の
低下を招来する。また、Ｍｇ含有アルミニウム材におい
ては、Ｍｇとフラックス含有元素（例えばＦ）との反応
生成物によりフラックス効果が低下する。そこで、本発
明においては、ろう付雰囲気中の水分濃度は１２０ｐｐ
ｍ以下に、酸素濃度は１２０ｐｐｍ以下に規定されなけ
ればならない。水分濃度および酸素濃度は少なければ少
ないほどフラックスガス量は少なくて済み、ろう付品表
面へのフラックス付着残留の危険度、Ｍｇ−フラックス
含有元素間の反応生成物の形成の危険度も低下する。特
に好ましくは、雰囲気中の水分濃度は２０ｐｐｍ以下、
酸素濃度は４０ｐｐｍ以下に規定するのが良い。なお、
水分濃度は製品の吸着水分の放出によって高くなるの
で、ろう付ゾーンの前の予熱ゾーンで十分に水分除去す
ることが必要である。また、雰囲気ガスとしてのＮ₂ ガ
スは水分および酸素を含まないものが望ましい。

【００１３】前述されたような水分濃度および酸素濃度
規制下において、雰囲気中のフラックスガス濃度は１〜
２００ｐｐｍ以下に規定されなければならない。フラッ
クスガス濃度が１ｐｐｍ以下ではフラックス量が少なす
ぎてろう付そのものが困難であり、また２００ｐｐｍを
超えると、フラックス量が多すぎてろう付品表面に多量
のフラックスの付着残留する恐れがあるとともに、アル
ミニウム接合部材にＭｇが含有される場合にはＭｇ−フ
ラックス含有元素間の綿状の反応生成物の形成が促進さ
れる。したがって、フラックスガス濃度を１〜２００ｐ
ｐｍ以下の範囲に規定することにより、ろう付後のアル
ミニウム材表面に付着するフラックス残渣を０．００５
ｇ／ｍ² 以下にとどめることができ、外観品質および表
面処理性に優れたろう付品を得ることができる。また、
Ｍｇを含有するアルミニウム接合部材にあってもＭｇ−
フラックス含有元素間の反応生成物も殆ど形成されず、
十分なフラックス効果がもたらされて良好なろう付接合
が実現できる。なお、特に好ましいフラックスガス濃度
は１〜６５ｐｐｍである。

【００１４】ここに、フラックスガスとはフラックスが
気化したものをいう。フラックスの種類としては特に限
定されるものではないが、非腐食性のフッ化物系フラッ
クス、例えばＫＡｌＦ₄ やその他フッ化アルミニウム
（ＡｌＦ₃ ）成分とフッ化カリウム（ＫＦ）成分とを共
晶組成ないしそれに近い組成範囲に含んで実質的に錯体
化された錯体混合物等をあげ得る。最も好ましくはフラ
ックス作用の良好性、ガス化容易性等の面からＫＡｌＦ
₄ を用いるのが良い。

【００１５】フラックスとしてＫＡｌＦ₄ を用いる場
合、雰囲気中の水分およびフラックスガスの濃度比は水
分濃度１に対してフラックスガス濃度１を超えるものに
設定するのが良い。これは、雰囲気中の水分とＫＡｌＦ
₄ とが次の化学式で示されるように等量反応してＫＡｌ
Ｆ₄ が消失する恐れがあることから、ＫＡｌＦ₄ の量を
水分量よりも多く設定し、完全反応した場合であっても
ＫＡｌＦ₄ を雰囲気ないに残存させるためである。特に
好ましくは水分とフラックスガスの濃度比はこれを１：
１．１以上に設定するのが良い。

【００１６】 ３ＫＡｌＦ_４＋３Ｈ_２Ｏ→６ＨＦ＋Ｋ_３ＡｌＦ_６＋Ａｌ_２Ｏ_３ ところで、雰囲気中にＨＦが含まれていると、ＨＦがア
ルミニウム材のＡｌと反応してＡｌＦ₃ 等の緻密な膜を
形成してろうの濡れ性を阻害するため、ろう付雰囲気中
のＨＦ濃度は６０ｐｐｍ以下に規制するのが良い。

【００１７】ろう付雰囲気をフラックスガスを含む雰囲
気に調整するための手段は特に限定されることはなく、
フラックスを炉外でガス化して炉内に供給しても良い
し、フラックスを収容した容器を炉内に配置して炉内で
蒸発ガス化しても良い。ただし、フラックスガス濃度の
調整の容易性等の面で炉外でガス化して、このガスを炉
内に供給するのが最も好ましい。

【００１８】前述されたように、炉内雰囲気を所定範囲
の水分濃度、酸素濃度およびフラックスガス濃度に調整
した後、この雰囲気中でアルミニウム接合部材よりも融
点の低いアルミニウム材を用いて、従来と同様に５９０
〜６１０℃×１〜１５分程度に加熱することによりろう
材を溶融し、アルミニウム材のろう付接合が達成され
る。

【００１９】

【作用】第１の発明であるアルミニウムろう付品は、品
表面に付着するフラックス残渣が０．００５ｇ／ｍ² 以
下の極めて少量であるため、接合部は良好にろう付され
ているとともに、外観品質および表面処理性にも優れ
る。また、第２の発明であり、このようなろう付品を製
造するアルミニウムろう付方法においては、雰囲気中の
水分濃度、酸素濃度を低く規制することによりフラック
スガス濃度も低く設定することができるため、ろう付後
の製品表面にフラックス残渣は０．００５ｇ／ｍ² 以下
とすることができ、、アルミニウム接合部材にＭｇが含
有されていてもフラックスガスに含有される元素との綿
状の反応生成物を形成することもない。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）Ａｌ−０．４ｗｔ％Ｍｇ合金からなる肉厚
２ｍｍのチューブ材と、Ａ３００３合金を心材としＡｌ
−８ｗｔ％Ｓｉ合金を皮材としたクラッド率１０ｗｔ
％、厚さ１ｍｍの両面ブレージングシートからなるフィ
ン材とを用いて熱交換器を組み立てた。そして、前記組
み立て物を水分濃度４０ｐｐｍ、酸素濃度３０ｐｐｍ、
ＫＡｌＦ₄ フラックスガス濃度５０ｐｐｍに調整したＮ
₂ 雰囲気中で６０５℃×５分間加熱してろう付い、ろう
付品を製作した。

【００２１】（実施例２）実施例１の組み立て物におけ
るチューブ材としてＡｌ−０．２ｗｔ％Ｍｇ合金を用い
て、実施例１と同じ条件でろう付を行い、ろう付品を製
作した。

【００２２】（実施例３）実施例１の組み立て物におけ
るチューブ材としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｍｇ−２ｗｔ％
Ｚｎ合金を用いて、実施例１と同じ条件でろう付を行
い、ろう付品を製作した。

【００２３】（実施例４）Ａ３００３合金からなる肉厚
３ｍｍのチューブ材と、Ａ３００３合金を心材としＡｌ
−８．６ｗｔ％Ｓｉ−０．４ｗｔ％Ｍｇ合金を皮材とし
たクラッド率１０ｗｔ％、厚さ１．２ｍｍの両面ブレー
ジングシートからなるフィン材とを用いて熱交換器を組
み立てた。そして、前記組み立て物を水分濃度１０ｐｐ
ｍ、酸素濃度４ｐｐｍ、ＫＡｌＦ₄ フラックスガス濃度
２０ｐｐｍに調整したＮ₂ 雰囲気中で６０５℃×５分間
加熱してろう付を行い、ろう付品を製作した。

【００２４】（実施例５）実施例４の組み立て物におけ
るブレージングシートの皮材としてＡｌ−８．６ｗｔ％
Ｓｉ−０．４ｗｔ％Ｍｇ合金に１ｗｔ％のＺｎを添加し
た合金を使用して、実施例４と同じ条件でろう付を行
い、ろう付品を製作した。

【００２５】（実施例６）実施例４におけると同様の組
み立て物を、水分濃度１００ｐｐｍ、酸素濃度９０ｐｐ
ｍ、ＫＡｌＦ₄ フラックスガス濃度１４５ｐｐｍに調整
したＮ₂ 雰囲気中で６０５℃×５分間加熱してろう付を
行い、ろう付品を製作した。

【００２６】（比較例１）実施例１におけると同様の組
み立て物を、水分濃度１５０ｐｐｍ、酸素濃度２００ｐ
ｐｍ、ＫＡｌＦ₄ フラックスガス濃度６０ｐｐｍに調整
したＮ₂ 雰囲気中で６０５℃×５分間加熱してろう付を
行い、ろう付品を製作した。

【００２７】（比較例２）実施例４におけると同様の組
み立て物を、水分濃度１３０ｐｐｍ、酸素濃度１５０ｐ
ｐｍ、ＫＡｌＦ₄ フラックスガス濃度３６０ｐｐｍに調
整したＮ₂ 雰囲気中で６０５℃×５分間加熱してろう付
い、ろう付品を製作した。

【００２８】上記により得たろう付品につき、ろう付性
の目視観察、フラックス残渣量の測定および表面処理性
についての評価を行った。表面処理性は、各ろう付品を
リン酸クロメート処理後アクリル系樹脂を吹付け塗装し
た後、塗膜面に１ｍｍ角のマス目をけがいてテープ剥離
試験を実施し塗膜の残ったマス目の数で評価した（碁盤
目試験）。それらの評価結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】 表１の結果から、本発明の実施例１〜６の方法によりろ
う付されたろう付品はいずれもフラックス残渣量が０．
００５ｇ／ｍ² 以下の極微量であって、良好なろう付性
はもとより外観状態は清浄であり塗膜の密着性が良く表
面処理性にも優れていることを確認し得た。また、実施
例１〜３のＭｇを含有するアルミニウム材であっても、
Ｍｇ−フラックス含有元素間の反応生成物の形成を解消
してフラックス効果を低下させることなく良好なろう付
が行われていることが確認できる。また、比較例１の方
法は、水分濃度、酸素濃度が高すぎるために、ろう付そ
のものを良好に行うことができなかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係るアルミニウムろう付品は、
表面のフラックス残渣が０．００５ｇ／ｍ² 以下である
ので、表面にも白色または灰色のシミを生じることがな
く、外観品質に優れ、かつ表面処理性にも優れたものと
なし得る。

【００３１】また、本発明に係るアルミニウムろう付方
法によれば、ろう付雰囲気中の水分濃度および酸素濃度
を従来よりも低い範囲に規制することによりフラックス
ガスも低濃度とすることができる。その結果、Ｍｇが
０．５ｗｔ％以下の範囲で含まれるアルミニウム材に対
して、ろう付不良を起こすことなく、確実に表面のフラ
ックス残渣が０．００５ｇ／ｍ² 以下のろう付品を製作
することができる。

【００３２】しかもまた、本発明の方法によればフラッ
クスガス濃度が低いため、ろう付炉の損傷も少なくメン
テナンス頻度も少なくて済み、経済上も極めて有利なも
のとなし得る。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 昭一 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ％以下であるア
   ルミニウム接合部材がフラックスを用いてろう付された
   アルミニウムろう付品であって、表面のフラックス残渣
   が０．００５ｇ／ｍ² 以下であることを特徴とするアル
   ミニウムろう付品。
2. 【請求項２】 ろう付炉内をフラックスガスを含む雰囲
   気に調整し、該雰囲気中でＭｇ含有量が０．５ｗｔ％以
   下であるアルミニウム接合部材を所定温度に加熱し、接
   合用ろう材を溶融してろう付を行うアルミニウムろう付
   方法において、 前記雰囲気中の水分濃度が１２０ｐｐｍ以下に、酸素濃
   度が１２０ｐｐｍ以下に、フラックスガス濃度が２００
   ｐｐｍ以下にそれぞれ規制されていることを特徴とする
   アルミニウムろう付方法。
3. 【請求項３】前記フラックスガスがフッ化物系フラック
   スガスであるときに、前記雰囲気中のＨＦ濃度が６０ｐ
   ｐｍ以下に規制されていること特徴とする請求項２に記
   載のアルミニウムろう付方法。